本書是控制學科初學者的升級教程,主要討論了當對象與模型失配,且干擾對系統產生影響時控制系統如何及時調整控制策略,抵御變異和擾動,維持系統控制質量不變。 本書內容包括系統辨識、模型參考自適應控制、確定性自校正控制、隨機性自校正控制、基于非參數模型的預測控制、廣義預測控制、預測控制形式的多樣性等。具體涉及控制意圖、基本結構、控制算法和應用等。此外,本書針對具體問題,進行相應的控制設計與MATLAB仿真。 本書取材典型、內容實用、表述清晰、結合實際解決問題,具有一定的可讀性。可供自動化類專業高年級本科生和控制類研究生選用,也可作為相關技術人員進修或提高的自學讀本。
徐湘元,男,控制理論與控制工程專業博士,副教授,從事自動化專業教學和研究多年,已經出版4部作品,并在專業期刊上發表多篇論文。
第1章 緒論
1.1 自適應控制
1.1.1 自適應控制及其特征
1.1.2 自適應控制系統的原理性結構
1.1.3 自適應控制系統的分類
1.1.4 自適應控制的發展
1.2 預測控制
1.2.1 預測控制的產生與發展
1.2.2 預測控制的特點
1.2.3 預測控制的分類
1.2.4 預測控制的應用
1.3 不同類型的控制方法
本章小結
思考題與習題
第2章 系統辨識
2.1 系統辨識的概念
2.1.1 關于系統辨識
2.1.2 系統辨識的一般步驟
2.1.3 控制中系統辨識的特點
2.2 白噪聲序列與控制模型
2.2.1 白噪聲序列
2.2.2 控制模型
2.3 最小二乘參數估計法
2.3.1 批處理最小二乘法
2.3.2 遞推最小二乘算法
2.3.3 具有遺忘因子的遞推最小二乘法
2.3.4 遞推增廣最小二乘法
2.4 參數估計的梯度算法
2.4.1 確定性系統參數估計的梯度算法
2.4.2 隨機逼近遞推算法
2.5 模型結構的確定
2.6 閉環系統辨識
2.6.1 問題的提出
2.6.2 什么是閉環系統可辨識
2.6.3 閉環狀態下的辨識方法和可辨識條件
本章小結
思考題與習題
第3章 模型參考自適應控制
3.1 簡單自適應控制系統
3.1.1 直接自適應控制
3.1.2 間接自適應控制
3.2 用梯度法設計自適應控制系統
3.2.1 MIT控制規律
3.2.2 MIT的規范化算法
3.3 李雅普諾夫穩定性與正實函數
3.3.1 李雅普諾夫穩定性理論概要
3.3.2 正實函數
3.4 用穩定性方法設計自適應控制系統
3.4.1 具有可調增益的模型參考自適應控制系統
3.4.2 狀態變量可測時的模型參考自適應控制系統
3.5 利用輸入輸出的模型參考自適應控制系統
3.5.1 被控對象相對階為1的情況
3.5.2 被控對象相對階為2的情況
3.6 離散時間模型參考自適應控制系統
3.6.1 簡單離散時間自適應控制系統
3.6.2 離散時間自適應控制系統的一般系統結構
3.6.3 基于誤差模型的離散時間模型參考自適應控制
本章小結
思考題與習題
第4章 確定性自校正控制
4.1 自校正控制系統設計概要
4.1.1 系統設計的任務
4.1.2 自校正控制系統設計原理
4.1.3 自校正控制系統的兩種方法
4.2 極點配置設計與間接自校正控制
4.2.1 極點配置設計
4.2.2 間接自校正控制
4.3 基于PID結構的間接自校正控制
4.3.1 PID控制器的表達形式
4.3.2 基于PID結構的間接自校正控制
4.4 具有前饋補償的零極點配置自校正控制
4.4.1 過程參數已知時的前饋補償零極點配置
4.4.2 間接自校正控制算法
4.5 直接自校正控制
4.5.1 最小相位系統的情況
4.5.2 非最小相位系統的情況
4.5.3 直接和間接自校正混合算法
本章小結
思考題與習題
第5章 隨機性自校正控制
5.1 最小方差自校正控制
5.1.1 預測模型輸出與最優輸出估計
5.1.2 最小方差控制
5.1.3 最小方差自校正控制算法
5.2 廣義最小方差自校正控制
5.2.1 廣義最小方差控制
5.2.2 閉環系統性能討論
5.2.3 廣義最小方差自校正控制直接算法
5.3 多變量自校正控制
5.3.1 輸出預測
5.3.2 控制律與閉環特性
5.3.3 控制算法
5.4 模型參考自適應控制與自校正控制的關系
本章小結
思考題與習題
第6章 基于非參數模型的預測控制
6.1 內模控制
6.1.1 內模控制的基本結構與控制特性
6.1.2 內模控制器設計
6.1.3 其他環節的設計
6.2 基于脈沖響應的模型算法控制
6.2.1 概述
6.2.2 模型輸出預測
6.2.3 最優控制律
6.2.4 閉環特性分析
6.2.5 幾個參數的討論
6.3 基于階躍響應的動態矩陣控制
6.3.1 預測與優化
6.3.2 閉環系統特性分析
6.3.3 例題
6.4 穩定性
6.4.1 控制器
6.4.2 反饋濾波器
本章小結
思考題與習題
第7章 廣義預測控制
7.1 廣義預測控制基本方法
7.1.1 控制模型與最優多步預測
7.1.2 Diophantine方程的遞推求解
7.1.3 控制律及間接控制算法
7.1.4 系統分析
7.1.5 控制舉例與仿真研究
7.2 一般廣義預測控制
7.2.1 基本型的擴展
7.2.2 具有誤差修正的廣義預測控制
7.2.3 引入濾波器的廣義預測控制
7.3 單值廣義預測控制
7.3.1 預測長度和控制長度
7.3.2 控制律
7.3.3 輸出表達式與穩態誤差
7.4 廣義預測控制的直接算法
7.4.1 預測與最優控制
7.4.2 直接控制算法
7.5 廣義預測控制的穩定性與魯棒性
7.5.1 穩定性
7.5.2 魯棒性
本章小結
思考題與習題
第8章 預測控制形式的多樣性
8.1 基于狀態空間的預測控制
8.1.1 模型預測
8.1.2 優化控制
8.1.3 反饋校正
8.1.4 狀態觀測器
8.2 基于極點配置的廣義預測控制
8.2.1 廣義輸出預測誤差
8.2.2 最優控制律
8.2.3 極點配置
8.2.4 控制算法
8.3 具有PID結構的廣義預測控制
8.3.1 控制規律
8.3.2 PID控制器參數
8.3.3 控制算法
8.4 預測控制定性綜合理論簡介
8.4.1 預測控制的優化時域
8.4.2 從有限時域到無限時域的拓展
8.4.3 相鄰周期之間性能函數的比較
本章小結
思考題與習題
第9章 其他
9.1 具有約束的預測控制
9.1.1 問題的提出
9.1.2 已用過的約束措施回顧
9.1.3 對控制與輸出的約束
9.1.4 約束優化方法
9.2 預測控制的應用
9.2.1 應用概述
9.2.2 設計要點
9.2.3 應用舉例
本章小結
附錄A 部分例題仿真程序
附錄B 專業術語中英文對照/Technical Terms in English and Chinese
參考文獻